在SOO中使用placement new初始化联合体是否属于未定义行为？

一、当前实现是否存在未定义行为？ #

是的，你的实现确实违反了C++严格别名规则与联合体使用规范，属于未定义行为，核心原因如下：

• 严格别名规则违反：程序不能通过与对象实际类型不兼容的glvalue访问对象。你将FnContainer<F>构造在联合体内存后，通过reinterpret_cast<AnyFn*>(&data_)访问，虽然AnyFn是FnContainer<F>的基类，但这种直接转换联合体地址的方式不符合标准中多态对象的访问规则。
• 联合体活跃成员违规：你的联合体仅包含fptr_和ftor_两个成员，而你构造的FnContainer<F>并非联合体的任何成员。根据C++标准，只有联合体的活跃成员才能被合法访问，这种跨成员构造并访问的行为完全不符合规范。
• 测试正常不代表合规：当前代码能运行只是因为编译器未做激进优化，一旦切换编译器版本或开启更高优化等级，极可能出现崩溃、逻辑错乱等不可预测的问题。

二、可行的小对象优化实现方案 #

1. 为联合体添加专用存储成员 #

修改联合体，增加一个足够大且对齐正确的缓冲区成员，专门用于存储小对象：

union {
    typename std::add_pointer<Ret(Args...)>::type fptr_;
    AnyFn* ftor_;
    // 缓冲区大小按指针的2倍设置，对齐与指针一致，可根据实际需求调整
    std::aligned_storage_t<sizeof(void*) * 2, alignof(void*)> storage_;
} data_;

构造小对象时，直接在storage_上使用placement new：

new (&data_.storage_) FnContainer<F>(std::move(functor));
tag_ = Tag::FtorInline;

访问时，通过reinterpret_cast转换为基类指针（合法的多态访问）：

if (tag_ == Tag::FtorInline) {
    auto* fn = reinterpret_cast<AnyFn*>(&data_.storage_);
    return (*fn)(std::forward<Args>(args)...);
}

这种方式符合标准，因为storage_是联合体的活跃成员，我们在其内存上构造对象后，通过正确的类型访问。

2. 使用std::aligned_union自动适配（C++11+） #

利用std::aligned_union自动计算所需的缓冲区大小和对齐方式，适配所有可能的小对象类型：

// 可根据需要添加更多可能存储的类型，0是占位参数
using Storage = typename std::aligned_union<0, FnContainer<int(*)(void)>, FnContainer<std::function<Ret(Args...)>>>::type;

union {
    typename std::add_pointer<Ret(Args...)>::type fptr_;
    AnyFn* ftor_;
    Storage storage_;
} data_;

这种方式无需手动计算对齐和大小，能自动适配多种小对象类型，降低出错概率。

3. 改用独立的无类型缓冲区 #

放弃联合体，直接在类中定义一个对齐正确的无类型缓冲区，配合成员变量区分存储类型：

class UniqueFunction<Ret(Args...)> {
    // 其他成员...
    alignas(std::max_align_t) std::uint8_t storage_[sizeof(void*) * 2];
    typename std::add_pointer<Ret(Args...)>::type fptr_;
    AnyFn* ftor_;
    Tag tag_;
public:
    template<typename F>
    UniqueFunction(F functor) {
        if (sizeof(FnContainer<F>) <= sizeof(storage_)) {
            new (storage_) FnContainer<F>(std::move(functor));
            tag_ = Tag::FtorInline;
        } else {
            ftor_ = new FnContainer<F>(std::move(functor));
            tag_ = Tag::FtorDync;
        }
    }
    // 访问逻辑...
};

这种方式避免了联合体的活跃成员问题，逻辑更直观，同样符合C++标准。

4. 利用空基类优化压缩FnContainer大小 #

你的FnContainer继承了空基类AnyFn，如果传入的函数对象F是空类，可以利用C++11支持的空基类优化（EBO），让FnContainer的大小等于F的大小（而非基类+子类的大小），从而让更多对象能满足小对象优化的条件。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Konvt